JPS6135172A - 圧電モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電性を利用して電気エネルギーを回転運動
に変換するアクチュエータに関し、更に詳しくは、径方
向に拡縮変形する筒状圧電体と撓み振動する板状圧電体
とを組み合わせ、それらの振動のタイミングを制御する
ことによって回転軸を間欠的に回転駆動するようにした
圧電モータに関するものである。

［従来の技術］ 圧電体を使用して電気エネルギーを回転トルクに変換す
る形式の回転型アクチュエータは従来公知である。この
種のアクチュエータは、本質的に低速・高トルク型であ
り、減速機が不要となるため小型・軽量の駆動システム
を構成する乙とができる。また１ステツプの回転角が小
さいので微小位置決めが可能である等の利点もある。そ
のため、例えば産業用ロボットの関節を駆動する回転型
のアクチュエータとして極めて有効である。

乙のような回転型圧電アクチュエータは、例えば特開昭
５７−１７３３８４号公報に記載されている。従来の技
術は、それぞれ複数個の２種類の積層型圧電体を組み合
わせ、第１の積層型圧電体の伸縮による回転軸とケース
との間の固定および切［し動作と、第２の積層型圧電体
の伸縮によるケースに対する回転軸の相対的な回転動作
とを交互に繰り返すことによって、回転軸を駆動するよ
うに構成されている。

［発明が解決しようとする問題点コ 従来のこの種の回転型圧電アクチュエータは、前述のよ
うにそれぞれ複数個の２種類の積層型圧電体をケース内
に組み込まねばならず、部品点数が多くなり構造も複雑
で組み立て難いといった問題がある。また必然的に外形
が円板状もしくは円柱状となり、それを用いる機器を小
型化していく上で障害となることもある。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解消し
、構造が極めて簡単で、極く僅かの部品点数で製作でき
、細長角柱状あるいは丸棒状といった外形のものを自由
に設計することができるため通常の回転モータを搭載す
るスペースが無いような場所でも空きスペースに合わせ
てモータの外形を設計し搭載することが可能であり、特
にＯＡ機器やポータプル機器等、小型化が求められる場
合に有効な新しい構造の圧電モータを提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成する乙とができる本発明は、回転
軸と、径方向に拡縮自在で内部に前記回転軸が挿通され
る筒状圧電体と、一端がケースに対して回転自在に支持
され他端が前記筒状圧電体に固定されて撓み振動する板
状圧電体とからなる圧電モータである。

この場合、ケース内に収められる板状圧電体は、弾性薄
板の両面に圧電板を貼着した所謂バイモルフ型構造であ
ってもよいし、弾性薄板の片面に圧電板を貼着した所謂
ユニモＪＬフ型構造のものであってもよい。これらの圧
電モータにおいて、板状圧電体は唯一個のみでもよいし
、回転軸に関して対称な位置に複数個配置するような構
成でもよい。

［作用］ 内部に回転軸が挿通される筒状圧電体は、その径方向に
拡縮振動を行い、回転軸を掴んだり離したりする動作を
繰り返す。これに対して板状圧電体は撓み振動する。乙
こそ前記のように、板状圧電体の一端はケース内壁に軸
支されているのに対して他端は筒状圧電体に直接ある−
い（よ間接的に固着されているので、前記板状圧電体の
撓み振動によって、筒状圧電体は円周方向に振動するこ
とになる。乙のとき回転軸が筒状圧電体によって保持さ
れていれば、回転軸も一定角度回転することになる。そ
こで筒状圧電体が拡開して回転軸を離し、その状態で前
記板状圧電体が元の形状に戻ると、筒状圧電体も前記と
は逆の向きに回転する。このとき、前記のように回転軸
は離れているため、該回転軸は回転することなしにその
位置にとどまる。次いで筒状圧電体が縮閉して回転軸を
掴み、その状態で再び板状圧電体が撓み変位することに
よって前記回転軸を回転させることができるのである。

以下このような動作を繰り返す乙とによって回転軸は一
定方向に回転する。板状圧電体の撓み振動と筒状圧電体
の拡縮振動のタイミングを変えることによって、回転軸
を逆回転することも可能である。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明について更に詳しく説明する
。第１図は本発明にかかる圧電モータの一実施例を示す
説明図であり、第２図および第３図はその動作説明図で
ある。本実施例に示す圧電モータは、細長柱状ケース１
の中央に回転軸２が挿通されｔコ外観形状をなす。この
回転軸２は半径方向に拡縮自在の筒状圧電体３内に押通
される。そして該筒状圧電体３の外周は同じく円筒状の
保持部材４の内周面に固着される。この実施例では２個
のバイモルフ型板状圧電体５が用いられ、それらは回転
軸２に対して対称な位置に配設される。これらの板状圧
電体５は、その一端がピン６によってケース１の内壁に
軸支されており、他端は保持部材４に固着される構造で
ある。つまり、板状圧電体５と筒状圧電体３とは保持部
材４を介して固着結合されるのである。

乙とて筒状圧電体３は前述のようにその外周面が保持部
材４の内周面に固着されているのに対して、該筒状圧電
体３の内周面は回転軸２には固着されていない。筒状圧
電体３は、それに交番電圧を印加するとその径方向に拡
開・縮閉振動し、それによって回転軸２を掴んだり離す
ことができる。他方、板状圧電体５は、それに交番電圧
を印加することによって第２図に示すように撓み振動す
る。つまり板状圧電体５に電圧を印加していない状態で
は、第２図Ａに示すように該板状圧電体５は真っ直ぐな
状態となっているが、正電圧を印加すると同図Ｂに示す
ように、例えば図面左手方向に凸に湾曲する。ここで板
状圧電体５の一端はピン６によってケース１の内壁に回
転自在に取り付けられ、他端は保持部材４を介して筒状
圧電体３に固着結合しているため、この撓み変形によっ
て筒状圧電体３は角度θだけ回転することになる。本発
明はこのような板状圧電体５の撓み変形による筒状圧電
体３の回転を利用して回転軸２を駆動するものである。

このように構成された圧電モータの動作は次のごとくで
ある。第３図は回転軸２を反時計回りに回転させる場合
の動作を示している。ここで筒状圧電体３は、それに正
電圧を印加したとき縮閉し電圧を印加しないとき拡開（
元の位置に戻る）ものとし、また板状圧電体５はそれに
正電圧を印加したとき図面上左手方向に凸に湾曲変形し
電圧を印加していないとき元の真っ直ぐな状態に戻るも
のとする。以下Ａ−Ｅはそれぞれ図面の符号と対応して
いる。

Ａ、まず、筒状圧電体３に正電圧を印加し、回転軸２を
掴む。

Ｂ、板状圧電体５に正電圧を印加して図面左手方向に凸
に湾曲させる。すると筒状圧電体３は回転軸２とともに
角度θだげ回転する。

Ｃ０次に、筒状圧電体３への電圧印加を解除すると該筒
状圧電体３ば拡開して回転軸２を離す。

Ｄ、板状圧電体５に印加しである電圧を解除して元の位
置に戻す。それにともなって筒状圧電体３は時計回りに
回転して元の位置に戻る。乙のとき、該筒状圧電体３は
拡開したままの状態であるため、回転軸２は動かず、筒
状圧電体３のみが回転することになる。

Ｅ、再び筒状圧電体３に正電圧を印加して回転軸２を掴
む。この状態は前記Ａの状態と全く同しである。このよ
うな動作を繰り返すことによって回転軸２を反時計回り
に１ステツプずつ回転させろことができる。

回転軸２を時計方向に回転させるには、板状圧電体５に
印加する電圧を負電圧として図面右手方向に凸に湾曲変
形させてもよいし、板状圧電体５には正電圧を印加する
が−１その電圧印加と解除のタイミングと筒状圧電体３
への正電圧の印加・解除のタイミングを上記の説明とは
逆の手順で行えば、それによっても回転軸を時計回りに
回転させることができる。

つまり本発明にかかる圧電モータは、筒状圧電体の拡縮
動作と板状圧電体の撓み動作のタイミングを変えるだけ
で、あるいは板状圧電体への印加電圧の極性を変えるだ
けて、回転軸を時計回りあるいは反時計回りに自由に回
転させることができるし、印加電圧の周波数を変えるこ
とによって回転速度を自由に調整することができる。

以上本発明の好ましい実施例について説明したが、本発
明はかかる具体的構成のみに限定されるものでないこと
無菌であり、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で
種々の変形か可能であることは言うまでもない。例えば
上記の実施例においては板状圧電体としてバイモルフ型
構造のものを用いているが、ユニモルフ型構造のもので
あってもよい。また板状圧電体をケース内に２個設けて
いるが、原理的には１個であってもよく、また場合によ
っては中心軸に対称な位置に３個以上並設することも可
能である。

特に板状圧電体の数を１個もしくは２個とするとモータ
ケースとして細長状の外観形態を採ることができるため
、通常の回転モータを搭載するスペースが無いような場
所でも空きスペースに合わせてモータを設計し使用する
乙とが可能となる。更に動作に当たっては交番電圧を印
加してもよいし、パルス電圧を印加するように構成して
もよい。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成した圧電モータであるから、
従来技術における圧電式回転型アクチュエータの利点を
すべて備えているのは無菌のこと、外形設計−の自由度
が大きいので通常の回転モータを搭載するスペースがな
いと思われるような場所にでも空きスペースに合わせて
設計・製作する乙とができモータの搭載が可能になり、
特にＯＡ機器やポータプル機器等の小型化が求められる
場合に極めて有効である。また回転軸と筒状圧電体の摩
擦力で駆動される訳であるが、乙の接触面積を大きくで
きるため滑りがなく耐久性の向上を図ることができるし
、使用する圧電体の個数をはじめ部品点数が少なくて済
み、また構造も極めて簡単なものになる等優れた効果を
奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電モータの一実施例を示す説明
図、第２図はその板状圧電体の変形動作を示す説明図、
第３図は本発明に係る圧電モータの動作説明図である。 １・・・ケース、２・・・回転軸、３・筒状圧電体、４
・・・保持部材、５・・・板状圧電体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．回転軸と、径方向に拡縮自在で内部に前記回転軸が
   挿通される筒状圧電体と、一端がケースに対して回転自
   在に支持され他端が前記筒状圧電体に固定されて撓み振
   動する板状圧電体とからなる圧電モータ。
2. ２．板状圧電体がバイモルフ型圧電体である特許請求の
   範囲第１項記載の圧電モータ。
3. ３．板状圧電体がユニモルフ型圧電体である特許請求の
   範囲第１項記載の圧電モータ。
4. ４．板状圧電体と筒状圧電体とは、保持部材を介して固
   着結合されている特許請求の範囲第１項、第２項、また
   は第３項記載の圧電モータ。